CN109790962A - 具有光束扩展调谐和光束成形的效果的照明设备led模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种照明设备，所述照明设备包括一个或多个LED模块，每个LED模块包括定位在衬底上的一组LED集合。每个LED集合包括任选地在单个透镜下方的两个或更多个区段。由所述照明设备的控制器或外部控制器单独地控制所述区段。可通过选择性地激活每个LED集合的所述LED区段来控制所述设备所发射的光的光束扩展、光束形状或两者。任选地，所述区段可被配置为发射不同发光特性诸如不同颜色或不同色温的光。在此类实施方案中，还可通过选择性地激活每个LED集合的所述LED区段来控制所述设备所发射的光的颜色、色温或其他特性。

Description

具有光束扩展调谐和光束成形的效果的照明设备LED模块
相关申请和优先权声明
本专利文件要求于2016年8月5日提交的美国临时专利申请No.62/371,394的优先权，该临时专利申请的公开内容以引用方式全部并入本文件。
背景技术
基于发光二极管(LED)的照明设备的出现已为运动竞技场、体育馆、其他娱乐设施及其他商业和工业设施提供了实现即时通断功能、智能控制和可调节性的能力，同时提供优异的光质量、一致的光输出和改善的能量效率。因此，用户继续寻求对LED照明设备的改进。例如，需要沿多个方向引导光以及保持光的某些特性(诸如强度或色温)的新型改进方式。然而，精确控制一直受到限制，因为需要手动操作来改变与悬吊灯具相关联的颜色、强度和位置。
在其构造中使用LED的白光源可具有两种基本配置。在一种基本配置(称为直接发射LED)中，通过不同颜色的LED的直接发射来生成白光。示例包括表面安装设备(SMD)LED中的红色LED、绿色LED和蓝色LED的组合。另一种基本配置包括基于荧光体的单LED，其生成窄波长范围内的光束，该光束入射到荧光体材料上并激发该荧光体材料以产生可见光。通常，LED晶粒或芯片生成光谱的可见部分中的蓝光，并且荧光体重新发射黄光、或绿光与红光、绿光与黄光、或黄光与红光的组合。LED所生成的未被荧光体吸收的可见蓝光的部分与所发射的黄光混合，以提供被人眼感知为白色的光。LED的色温由掺入在LED中的荧光体组成决定。基于荧光体的LED优于直接发射白色LED的优点包括随设备老化和温度而变化的更佳颜色稳定性，以及更佳批次间和设备间颜色均匀性/可重复性。
LED(尤其是直接发射白色LED)的颜色调谐可难以实现。板上芯片(COB)LED包括多个晶粒(通常为9个或更多个)，这些晶粒被接线以作为一个电气设备操作并且与单个光发射表面组装在一起，从而需要多个通道来调节单独的光输出电平以形成变色效果。
COB LED中的光束控制也很困难。通常，LED照明设备被设计成提供固定的光束图案，并且使用漫射器、全内反射(TIR)光学器件和/或准直器来扩展。如果特定灯具被设计成提供“宽”光束，则通常不能轻松调节该灯具以产生“窄”光束。通常，改变光束图案需要改变照明设备自身，为照明设备提供电机控制的移动，或手动地调节照明设备外壳的一个或多个结构特征。
当单个光源(透镜)下存在多个COB LED时，则LED的大数目以及光学部件和电气部件的复杂性使得颜色调谐和光束控制甚至更困难。
本文件描述了涉及解决上述问题和/或其他难题的新型照明设备。
发明内容
在各种实施方案中，照明设备包括上面安装有多个发光二极管(LED)设备的衬底。每个LED设备包括上方定位有光学透镜的LED集合。每个LED集合被分成多个区段，所述多个区段任选地由非导电隔板材料隔开。可通过选择性地激活每个区段下的LED来控制该设备所发射的光的色温或颜色。可通过选择性地激活每个区段下的LED来控制所发射的光的光束形状。如果这些区段被布置成同心环，则也可通过选择性地激活每个区段下的LED来控制所发射的光的光束扩展。
在一个实施方案中，用于照明设备的发光二极管(LED)模块包括衬底、多个模块级导体以及多个LED集合。每个LED集合包括第一区段，该第一区段包括第一组LED；第二区段，该第二区段包括第二组LED；第一导电元件，该第一导电元件将第一区段电连接到模块级导体中的第一者；以及第二导电元件，该第二导电元件将第二区段电连接到模块级导体中的第二者。每个LED集合的区段被配置为发射不同发光特性(诸如不同颜色、显色指数、Duv值或不同色温)的光。因此，这些区段可被分组成具有共同发光特性的单元，并且每个模块级导体驱动这些单元中的一者，以使得与该单元相对应的所有LED集合的所有区段均由这些模块级导体中的一者驱动。
任选地，至少一些LED集合可包括至少一个附加区段，所述至少一个附加区段包括附加组LED。对于每个附加区段而言，附加导电元件可将该附加区段电连接到这些模块级导体中的附加一者。一个或多个光学透镜可覆盖任何LED集合的每个区段。一个或多个非导电隔板可被定位成隔开每个LED集合的区段。
任选地，第一区段可涂布有第一荧光体涂层并且第二区段可涂布有第二荧光体涂层，以便为每个LED集合的第一区段和第二区段提供不同发光特性。例如，这些区段可表现出不同色温，并且每个区段的色温可为以下的一者或多者的函数：(i)该组LED中的LED的数量；(ii)该组LED中的LED的一种或多种特性；(iii)该组LED上的荧光体涂层中的荧光体颗粒的浓度；或(iv)该组LED上的荧光体涂层的一种或多种发光特性。
任选地，LED集合可被布置在衬底上，使得至少一些LED集合的区段被定位成相对于至少一个相邻LED集合偏斜。
LED模块(诸如上述LED模块)可为照明设备的一部分，该照明设备包括外壳以及一个或多个(LED)模块，所述一个或多个(LED)模块定位在外壳的开口中并且被配置为远离外壳发射光。照明设备还可包括电源和控制器。控制器可被配置为将电流从电源选择性地引导到模块级导体，以选择性地驱动每个LED集合的每个区段。
照明设备还可包括控制电路，该控制电路被编程为生成命令以控制输送到每个LED集合中的第一组LED和第二组LED的驱动电流，以便照明设备发射指定色温的光。作为示例，第一色温可在3000K-4000K的范围内，并且第二色温可在6000K-7000K的范围内。
在照明设备的一些实施方案中，第一组LED表现出第一颜色，每个附加组LED表现出不同颜色，并且照明设备还包括控制电路，该控制电路被编程为生成命令以控制输送到每个LED集合中的每组LED的驱动电流，以便照明设备发射这些颜色中的指定一者的光。
在一个实施方案中，用于照明设备的发光二极管(LED)模块包括衬底、各种模块级导体以及各种LED集合。每个LED集合包括具有第一组LED的第一区段；具有第二组LED的第二区段；第一导电元件，该第一导电元件将第一区段电连接到模块级导体中的第一者；以及第二导电元件，该第二导电元件将第二区段电连接到模块级导体中的第二者。
在一些实施方案中，每个LED集合的第一区段被成形为发射光，该光的光束扩展窄于第二区段所发射的光的光束扩展。在这些实施方案中，可通过从第一导电元件和第二导电元件的电流供应来选择性地控制第一区段和第二区段，以使得当第一导电元件通电时，LED模块将发射具有相对较窄的光束扩展的光，并且当第二导电元件通电时，LED模块将发射具有相对较宽的光束扩展的光。
在其他实施方案中，可通过向每个LED集合的第一导电元件和第二导电元件的电流供应来选择性地控制每个LED集合的第一区段和第二区段，以使得：(i)当第一导电元件通电时，LED模块将发射具有第一形状的光；(ii)当第二导电元件通电时，LED模块将发射具有第二形状的光；以及(iii)当第一导电元件和第二导电元件两者均通电时，LED模块将发射具有第三形状的光。
在这些实施方案中的任一者中，第一区段可涂布有第一荧光体涂层，并且第二区段可涂布有第二荧光体涂层，以便为每个LED集合的第一区段和第二区段提供不同颜色或不同色温。每个LED集合还可包括一个或多个光学透镜以及一个或多个非导电隔板，所述一个或多个光学透镜被配置为覆盖第一区段和第二区段，并且所述一个或多个非导电隔板被配置为隔开第一区段和第二区段。
LED模块(诸如上述那些LED模块)可包括在照明设备中，该照明设备包括外壳以及一个或多个LED模块，所述一个或多个LED模块定位在外壳的开口中并且被配置为远离外壳发射光。照明设备还可包括电源和控制器，该控制器被配置为将电流从电源选择性地引导到模块级导体，以选择性地驱动每个LED集合的第一区段和第二区段。
在照明设备包括每个LED集合的第一区段被成形为发射光，该光的光束扩展窄于每个LED集合的第二区段所发射的光的光束扩展的类型的LED模块的实施方案中，照明设备可包括或能够访问编程指令，这些编程指令被配置为致使控制器通过选择性地控制经由模块级导体向每个LED集合的第一导电元件和第二导电元件的电流供应来选择性地控制第一区段和第二区段，以使得当控制器将电流引导到每个LED集合的第一导电元件时，照明设备将发射具有相对较窄的光束扩展的光，并且当控制器将电流引导到每个LED集合的第二导电元件时，照明设备将发射具有相对较宽的光束扩展的光。控制器还能够执行附加编程指令，这些附加编程指令被配置为通过将总电流的一部分引导到每个LED集合的第一导电元件并将总电流的另一部分引导到每个LED集合的第二导电元件来致使LED模块所发射的光的强度。
在照明设备包括这些区段可被选择性地控制以使得LED模块将发射各种形状的光的类型的LED模块的实施方案中，照明设备可包括或能够访问编程指令，这些编程指令被配置为致使控制器通过选择性地控制向第一导电元件和第二导电元件的电流供应来选择性地控制第一区段和第二区段，以使得当第一导电元件通电时，LED模块将通过将总电流的各个部分引导到各个导电元件来发射具有第一形状的光。
照明设备还可包括控制电路，该控制电路被编程为生成命令以控制输送到各个LED组的驱动电流，以便照明设备发射指定色温或其他特性的光。
在各种实施方案中，控制照明设备所发射的光的光束扩展或形状的方法可包括操作具有LED模块的照明设备，该LED模块包括各种模块级导体和LED集合。每个LED集合包括具有第一组LED的第一区段；具有第二组LED的第二区段；第一导电元件，该第一导电元件将第一区段电连接到模块级导体中的第一者；以及第二导电元件，该第二导电元件将第二区段电连接到模块级导体中的第二者。每个LED集合可包括任何数量的附加区段，每个附加区段将包括将该区段电连接到模块级导体中的附加一者的导电元件。控制器将通过选择性地控制向每个模块级导体的电流供应并因此选择性地控制每个LED集合的第一区段和第二区段来控制LED模块所发射的光的光束扩展或形状。例如，如果控制器接收命令以致使LED模块发射具有相对较窄的光束扩展的光，则其可将电流引导到第一模块级导体，继而将电流引导到每个LED集合的内部区段。如果控制器接收命令以致使LED模块发射具有相对较宽的光束扩展的光，则其可将电流引导到第二模块级导体，继而将电流引导到每个LED集合的外部区段。控制器接收命令以致使LED模块发射光束扩展介于这两个级别之间的光，其可将总电流的第一部分引导到第一导电元件，并且将总电流的第二部分引导到第二导电元件，以便每个LED集合的这两个区段均部分通电。
附图说明
图1示出了照明设备。
图2示出了用于照明设备(诸如图1的照明设备)的LED模块的示例。
图3示出了根据各种实施方案的用于LED模块(诸如图1的LED模块)并且被配置用于提供可调颜色或色温的光的LED集合配置。
图4A和图4B各自示出了根据各种实施方案的用于提供可调颜色或色温的光的另选的LED集合配置。
图5示出了根据一个实施方案的具有可调光束扩展特性的LED模块。
图6示出了根据一个实施方案的可包括在图5的LED模块中并且被配置用于提供可调光束扩展的LED集合。
图7示出了根据一个实施方案的具有可调光束成形和方向特性的LED模块。
图8示出了根据各种实施方案的可包括在图7的LED模块中并且被配置用于提供可调光束形状/方向的LED集合。
图9示出了根据各种实施方案的使用照明设备的光束成形形成的光的图案的不同强度分布图。
图10示出了根据一个实施方案的用于控制照明设备的电子设备的示例性部件。
图11示出了调节LED照明设备的颜色、色温或其他输出特性的示例性方法。
图12A-B示出了调节LED照明设备的光束宽度的示例性方法。
具体实施方式
除非上下文另外明确指出，否则本文件中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常所理解的相同含义。本文件中所用的术语“包括”意指“包括但不限于”。
当在本文件中使用时，诸如“顶”和“底”、“上”和“下”、或“前”和“后”的术语并非旨在具有绝对取向，而是旨在描述各种部件相对于彼此的相对位置。例如，当灯具在第一方向上取向时，第一部件可为“上”部件并且第二部件可为“下”部件。如果含有这些部件的灯具的取向改变，则这些部件的相对取向可翻转，或这些部件可在相同平面上。权利要求旨在包括含有此类部件的设备的所有取向。
如本文结合光所用的术语“颜色”意在描述一般会显现颜色的光的特征性平均波长。该术语并非意在将光限于单个波长。因此，特定颜色(例如，绿色、红色、蓝色、黄色等)的光包括聚集在会产生一般呈现特定颜色的光的平均波长周围的波长范围。特定颜色的光的特征还在于离散波长的特定组合，这些离散波长联合表现出特定颜色。
图1示出了可包括各种照明模块的照明设备的一个实施方案的示例。如图1所示，照明设备100包括外壳101，该外壳包封灯具的各种部件。外壳101包括其中定位有各种LED模块110的开口。任何数量的LED模块110(诸如一个、两个、三个、四个、五个或更多个)能够以任何配置定位在开口内。
该设备的外壳101可包括主体部分，该主体部分用作散热器以便耗散LED所生成的热量。主体/散热器可由铝和/或其他金属、塑料或其他材料形成，并且其可在外部上包括任何数量的翅片以便增加其将接触周围冷却介质(通常为空气)的表面积。因此，主体部分可具有碗形，LED模块110可配合在该碗的开口内，并且来自LED的热量可从LED模块110带走并经由外壳101外部上的翅片耗散掉。
LED模块110定位在主体的一侧处，而主体的相对侧可包括或连接到电源105。电源可包括电池、太阳电池板或电路以从外部源和/或其他内部源接收电能。电源105的外部外壳还可包括翅片以有助于耗散来自电源105的热量。电源接线可定位在主体内以将电能从电源引导到LED。外壳101还可包括控制器(诸如具有编程指令的处理器和存储器、专用集成电路或片上***)，该控制器被配置为选择性地控制LED模块中的哪些LED组接收电能，并且通过诸如脉宽调制的方法改变输送到LED的电能。外壳还可包括接收器以便从外部控制器接收命令。外壳101可任选地由一个或多个连接器108附接到支撑结构，诸如基部或安装轭107。如图所示，连接器108可包括轴，外壳101和/或安装轭107可围绕这些轴旋转，以使照明设备能够被定位成以所需角度引导光。
图2示出了LED模块110的示例，该LED模块包括上面附接有若干LED集合202a-202h的衬底203。LED集合被定位成远离照明设备发射光。另外，衬底可呈任何形状，诸如所示的橄榄球形、或者正方形、圆形、椭圆形、菱形、矩形或任何其他形状。各种导体和/或电子设备及用于LED集合的透镜可安装在衬底上。例如，模块级导体集合211a-211d可(经由控制器)连接到照明设备的电源并接地。每个模块级导体可连接到用于每个LED集合的导电元件(下文所述)中的一者，以向每个LED集合中的LED区段中的一者选择性地输送电流。
一个或多个控制电路(诸如控制卡)可定位在这些LED下方、与这些LED相邻或以其他方式邻近这些LED，以向每个LED集合提供电能。可由控制电路选择性地控制电能所供应到的LED。控制电路可包括由诸如玻璃纤维的材料制成的支撑衬底、用于存储编程指令和/或所监测的数据和/或操作历史数据的非暂态计算机可读存储器、一个或多个处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他集成电路结构、以及用于从外部发射器接收控制信号的接收器。
图3示出了根据一个实施方案的LED集合的展开视图。如图所示，LED集合300包括衬底301(诸如印刷电路板)，其上(每个区段303a-b中所含的)各个LED组定位在公共透镜下方。另选地，每个区段或每个区段内的各个LED组可包括其自身相关联的覆盖透镜。在一个实施方案中，有机硅或其他任选非导电隔板可防止来自不同区段的光的混合和/或可包括反射特性。LED集合可包括COB LED，其中直接接合了多个晶粒以实现最佳热耗散和无焊料制造。该晶粒可为蓝色、红色、黄色或任何其他所需的颜色。另选地，LED集合可由芯片级封装(CSP)LED或其他类型的LED形成。这些LED(或多个晶粒)被子分组，以使得每个子组被接线以作为具有两个触点的一个电气设备操作，而不论晶粒或LED的数量如何。
例如，如图3所示，一个或多个LED的每个子组可构成LED集合的区段303a,303b。每个区段303a,303b连接到正极导电元件304a,304b(诸如导电迹线)以便经由模块级导电元件中的一者连接到电源，并且连接到接地导电元件305a,305b以提供通向接地端的电路径。每个LED集合的每个区段将具有其自身专用正极导电元件，以使得模块级导电元件中的一者将向每个LED集合的区段中的一者输送电流。用于每个区段的正极导电迹线将通向电源(例如，经由图2的导体211a和211b以及控制器)，而接地端可连接到导体中的一者(例如，导体211d)或以其他方式接地。接地导电元件可如图所示的那样为单独的，或这两个区段可共用共同的接地元件。每个LED集合300还可具有其自身的散热器框架，诸如将热量传输到灯具主体的散热器的金属包层衬底。在一个实施方案中，多个LED或晶粒可具有相同或不同光发射波长。例如，光波长可选自200-410nm的紫外光、410-500nm的蓝光、500-570nm的绿光、570-580nm的黄光、580-590nm的琥珀光、590-650nm的红光、650-680nm的深红光以及680-960nm的红外光。
因此，每个LED模块中的LED集合的区段可被分组成具有共同发光特性的单元。每个模块级导体驱动这些单元中的一者，以使得与该单元相对应的所有LED集合的所有区段均由这些模块级导体中的一者驱动。
根据一个实施方案，每个LED集合包括任选地由一个或多个非导电隔板306(由有机硅或任何其他合适的非导电材料制成)隔开的两个或更多个区段303a和303b。在一个实施方案中，非导电隔板可防止来自不同区段的光的混合。每个区段具有覆盖相应区段中的LED的荧光体涂层。每个区段的荧光体涂层可具有相对于彼此不同的发射特性，以使得至少两个区段将具有不同发光特性。这些特性可为不同颜色(发射光谱)、不同色温、不同波长、不同余辉、不同色度、不同显色指数(CCT)、不同相关显色指数(CRI)、不同Duv值、和/或其他特性。每个荧光体涂层可包括荧光体颗粒，这些荧光体颗粒设置在LED上方的一个或多个有源层中，诸如在覆盖LED的光学部件的内表面上方和/或在LED正上方。在一个实施方案中，荧光体与粘结剂以及任选的表面活性剂和增塑剂混合于合适的溶剂介质中。通过喷涂、丝网印刷、刮涂、喷射或其他合适的方式中的任何一者来沉积所得的混合物。在一个实施方案中，通过改变荧光体颗粒的类型和相对浓度以及每个区段中的晶粒的类型和浓度，可实现来自每个区段的不同发射光谱。
荧光体是吸收特定波长的辐射并发射另一波长的辐射的发光材料。所发射的辐射一般具有比所吸收的辐射更大的波长。从而在紫外(UV)光范围内或在可见范围内发生荧光体的激发。可用的荧光体通常在宽波长范围内激发，并且这些宽波长范围称为激发光谱。另外发射不会在一个波长下发生，而是在特定波长范围内发生。通过仔细调谐荧光体组成和结构，可调制所发射的光的光谱含量以满足特定性能标准。
作为示例，荧光体可选自由以下化学式表示的集合：Y3Al5O12:Ce(也称为YAG:Ce或简称YAG)、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、CaS:Eu、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3Sc2O4:Ce、Ba3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、CaAlSiN3:Eu、CaAlSi(ON)3:Eu、Ba2SiO4:Eu、Sr2SiO4:Eu、Ca2SiO4:Eu、CaSc2O4:Ce、CaSi2O2N2:Eu、SrSi2O2N2:Eu、BaSi2O2N2:Eu、Ca5(PO4)3Cl:Eu、Ba5(PO4)3Cl:Eu、Cs2CaP2O7、Cs2SrP2O7、Lu3Al5O12:Ce、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Sr8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、La3Si6N11:Ce、Y3Ga5O12:Ce、Gd3Ga5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、Tb3Ga5O12:Ce和Lu3Ga5O12:Ce。
本领域技术人员应当理解，荧光体涂层用作本公开中的示例，并且也可使用其他颜色转换材料，诸如二色性染料和量子点。
在一个实施方案中，LED集合的每个区段可被配置为使用每个区段中的晶粒的浓度和发射光谱和/或每个区段中的荧光体层的浓度和发射光谱的各种排列和组合来发射特定色温范围内的光。可调节每个区段的发射光谱以发射所需色温范围内的光。在一个实施方案中，可通过在保持恒定总照度的同时选择性地控制向LED集合的每个区段输送的驱动电流来控制LED集合的色温。
例如，在图3的LED集合中，区段303a(区段1)可涂布有具有被配置为发射3000-4000K范围内的光的特性的荧光体，并且区段303b(区段2)可涂布有具有被配置为发射6000-7000K范围内的光的特性的荧光体，或反之亦然。这可通过形成晶粒集合来完成，每个晶粒具有相同或基本上类似的发射特性，在所述两个区段中每个荧光体具有不同发射特性。例如，区段1的荧光体层可被配置为发射大约3500K的光，而区段2的荧光体层可被配置为发射大约6500K的光。
从而，通过控制向这两个区段输送的驱动电流，可针对3000K-7000K的范围来调节LED集合的色温。例如，如果区段1需要300mA的电流，并且区段2需要300mA的电流来输送恒定照度(基于功率输出)下的光，则通过使区段1中的电流在0-300mA间变化并且使区段2中的电流在0-300mA间变化，可从COB LED发射3000K-7000K范围内的任何所需色温的光。在一个实施方案中，如果该***接收命令以发射指定色温的光，则其可使用算法、参考查找表或使用其他合适的方法来确定要向每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的温度。例如，在一个实施方案中，该***可在保持恒定照度的同时，通过向区段1和2两者输送大约155-180mA的驱动电流来输送大约4500-4600K的色温；通过向区段2输送大约250-275mA的驱动电流并向区段1输送大约65-85mA的驱动电流来输送大约5400-5600K的色温；通过向区段1输送大约250-275mA的驱动电流并向区段2输送大约65-85mA的驱动电流来输送大约3800-4100K的色温；并且通过向区段1输送大约300mA的驱动电流并向区段2输送大约0mA的驱动电流来输送大约3500K的色温。
其他控制方法是可能的。例如，该***可包括具有输入的用户界面，该输入使用户能够使用数字输入或可调节调谐器从可用选项集合或某范围内的任何值选择所需的输出光特性。图11示出了电子表格形式的示例性用户界面，其中用户可选择任何数量的设置(由“DMX”列表示，每个设置对应于特定CCT值和/或百分比驱动设置)和/或CCT值自身，每个CCT值由LED集合的每个区段的选择性激活产生。在所示的示例中，如曲线图所示，LED集合的一个区段包括相对较冷(6500K)的LED组，并且LED集合的另一个区段包括相对较暖(3000K)的LED组。LED集合所输出的光的CCT值是向这两个区段中的每一者施加的总电流多少的函数。该函数示于该曲线图中，其中Y轴表示每种类型LED区段所输出的总流明的百分比，并且X轴表示所得输出光的CCT值。178DMX设置(或5440K的CCT)的用户选择将致使控制器将80％的总电流引导到每个LED集合中的冷(6500K)LED组，并且将20％的总电流引导到每个LED集合中的暖(3000K)LED组，从而得到CCT值为5440K的输出光。如果用户选择91DMX值或4246的CCT值，则控制器将向每个LED组施加等量电流。图11所示的函数仅作为特定LED集合的示例；其他函数和曲线图也可应用于具有不同色温、亮度或其他特性的LED。
虽然图3所示的示例示出了具有相等尺寸的区段的LED集合，但在其他实施方案中，这些区段可具有彼此不全相等的尺寸。
该***可对芯片执行诊断以在初始化过程期间了解该信息，或可将该信息手动输入为数据文件，然后存储在该设备的存储器中(或该设备外部的存储器中)以便在照明***的操作期间使用。本领域技术人员应当理解，虽然COB LED的这两个区段被描述为具有色温范围内的发射光谱，但它们也可被描述为发射特定颜色的光，诸如黄光与白光、绿光与红光、绿光与黄光、或黄光与红光。
图4A和图4B示出了根据实施方案的具有附加数量的区段的LED集合的其他示例，其中每个LED集合的各个区段被配置为发射变化颜色的光。如图4A所示，LED集合400包括衬底401，其上LED组定位在公共透镜下方。另选地，每个区段或每个区段内的各个LED组可包括其自身相关联的覆盖透镜。LED集合可为COB LED，其中直接接合了多个晶粒以实现最佳热耗散和无焊料制造。另选地，如上所讨论，LED集合可由CSP LED或其他类型的LED形成。这些晶粒或LED可为蓝色、红色、黄色或任何其他所需的颜色。此外，与图3的示例一样，在图4A和图4B中，这些LED(或多个晶粒)被子分组成区段，以使得每个子组被接线以作为具有两个触点的一个电气设备操作，而不论晶粒或LED的数量如何。在图4A的LED集合中，LED集合400中的每个LED子组可包括LED的三个区段403a、403b和403c。如图4A所示，每个子组具有其自身正极导电元件(404a、404b和404c)。这些子组可共用接地导电元件405。
LED集合400的每个区段具有覆盖相应区段中的LED的荧光体涂层，使得每个区段具有不同发射光谱和/或不同发光特性。这些区段中的一者或多者可任选地由有机硅(或其他非导电材料)隔板406a、406b和406c隔开。在一个示例性实施方案中，三个区段403a、403b和403c可(使用上文所讨论的方法)被配置为一个区段发射410-500nm的蓝光，第二区段发射590-650nm的红光，并且第三区段发射500-570nm的绿光。这可通过用由例如ZnS:Ag(蓝色)、Y2O2S:Eu+Fe2O3(红色)和ZnO:Zn(绿色)制成的荧光体层覆盖这些区段来完成。可使用其他将发射适当颜色范围内的光的荧光体层材料。在一个实施方案中，可通过在保持恒定总照度的同时使用获得所需色温的已知方法控制向LED集合的每个区段输送的驱动电流，从而控制LED集合400的色温。
图4B示出了LED集合410，其类似于图4A的LED集合400，但包括任选地由非导电隔板隔开的四个区段413a、413b、413c和413d，并且其中每个区段具有覆盖相应区段中的LED的荧光体涂层，使得每个区段具有不同发射光谱(例如，红色、绿色、蓝色和琥珀色)。在该情况下，可使用由诸如上述那些材料制成的荧光体层以及由InBO3:Tb+InBO3:Eu(琥珀色)制成的层。每个区段具有其自身正极导电元件(414a、414b和414c)。这些区段可共用接地导电元件415。其他实施方案可包括COB LED中的更多或更少数量的区段，诸如5个、6个、7个等。另外，虽然图4A和图4B所示的示例示出了具有相等尺寸的区段的LED集合，但在其他实施方案中，这些区段可具有彼此不全相等的尺寸。
重新参见图1和图2，照明设备100可包括一个或多个LED模块103，每个LED模块包括若干LED集合202a-202h。在一个实施方案中，LED模块及其对应LED集合可定位在外壳101中，使得在所有方向上发射均匀色温和/或强度的光。例如，如图2所示，LED集合202a-202h被布置成使得每个LED集合的取向相对于其相邻LED集合翻转180°。具体地讲，交替LED集合的区段1位于左侧且区段2位于右侧，使得其余另选的LED集合的区段1位于右侧且区段2位于左侧。图2的LED集合202a-202h可被替换为包括不同数量的区段的LED集合，诸如图4A和图4B所示的那些。在一个实施方案中，如果照明设备的单独LED集合包括三个不同区段(诸如图4A所示)，则第一LED集合后的每个后续LED集合表现出相移，以使得其被定位成使得其沿顺时针或逆时针方向相对于衬底上的任何相邻LED集合旋转120°(诸如图4A所示的LED集合)。在一个实施方案中，如果照明设备的单独LED集合包括四个不同区段(诸如图4B所示的LED集合)，则第一LED集合后的每个后续LED集合表现出相移，以使得其被定位成使得其沿顺时针或逆时针方向相对于相邻LED集合旋转90°(如图4B所示)。类似地，重新参见图2及图3的LED集合，在双区段实施方案中，LED集合可按不同方式以交替的180°旋转来定位。虽然图3示出了特定旋转角度，但相对于相邻LED集合的任何偏斜(即，旋转)都是可能的，并且与LED模块中的其他LED集合相比，每个LED集合不必表现出相同偏斜。
虽然本公开示出了具有单种类型的LED集合的示例性照明设备，但本领域技术人员应当理解，照明设备可包括不同类型的LED集合，可单独地控制这些LED集合以提供所需色温的光。例如，照明设备的或设备内的LED模块的一些LED集合可包括两个(或第一数量)区段，而该设备或LED模块中的其他LED集合可包括四个(或不同数量)区段。另外，LED模块或照明设备的各个LED集合可包括荧光体的不同组合。在一个实施方案中，可单独地控制照明设备的不同LED集合，使得它们全都提供相同所需色温的光(使得来自照明设备的光也具有总体所需的色温)。另选地和/或除此之外，可单独地控制照明设备的不同LED集合，使得它们提供不同色温的光，因此不同色温的组合提供来自照明设备的总体所需色温的光。在一个实施方案中，如果该***接收命令以发射指定色温的光，则其可使用算法、参考查找表或使用其他合适的方法来确定要向单独LED集合的每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的色温。应当注意，在执行照明设备的颜色调谐以获得所需色温时保持恒定照度。
在本公开的另一个方面，公开了具有光束宽度调谐功能以动态地形成所需光束图案(扩展)的照明设备。
泛光灯的光分布称为“光束扩展”。可基于一个或多个标准(诸如美国国家电气制造商协会(NEMA)建立的那些标准)对光束扩展类型进行分类。当结合光束扩展使用时，“NEMA类型”在类型1(最窄)到类型7(最宽扩展)的范围内，并且可由光强度为最大光束强度的10％时的两个角度(水平和竖直)确定。光束扩展分类的示例包括NEMA类型1(光束扩展10-18度)、NEMA类型2(光束扩展18-29度)、NEMA类型3(光束扩展29-46度)、NEMA类型4(光束扩展46-70度)、NEMA类型5(光束扩展70-100度)、NEMA类型6(光束扩展100-130度)以及NEMA类型7(光束扩展130度及以上)。NEMA名称确定从泛光灯投射出的光有多宽或多窄。在一个示例中，如果照明设备的水平光束扩展为100°并且照明设备的竖直光束扩展为46°，则该设备的NEMA类型为5×3。在以下实施方案中，输出光的其他参数诸如峰值坎德拉(亮度)和坎德拉每流明也可用于控制光束扩展和/或宽度。
图5示出了照明设备LED模块510，其包括使用光学和/或电气部件的光束扩展调谐功能。图5的LED模块510与图2的LED模块110类似之处在于其包括附接到衬底503的各种LED集合502a-502h，并且其被配置为配合在照明设备(诸如图1的设备100)的外壳内。然而，图5的LED模块510中所包括的LED集合502a-502h提供光束扩展调谐功能，如下文相对于图6所讨论。
与图2的实施方案一样，在图5中，各种导体和/或电子设备及用于LED集合的透镜可安装在衬底上。例如，模块级导体集合511a-511d可(经由控制器)连接到照明设备的电源并接地。每个模块级导体可连接到用于每个LED集合的导电元件(下文所述)中的一者，以向每个LED集合中的LED区段中的一者选择性地输送电流。
也与图2的实施方案一样，在图5中，一个或多个控制电路(诸如控制卡)可定位在这些LED下方、与这些LED相邻或以其他方式邻近这些LED，以向每个LED集合提供电能。可由控制电路选择性地控制电能供应到的LED。控制电路可包括由诸如玻璃纤维的材料制成的支撑衬底、用于存储编程指令和/或所监测的数据和/或操作历史数据的非暂态计算机可读存储器、一个或多个处理器、FPGA、ASIC或其他集成电路结构、以及用于从外部发射器接收控制信号的接收器。
如示出LED集合的展开视图的图6所示，LED集合600包括衬底601，其上LED组(未明确示出，但包含于每个区段603a-c中)定位在公共透镜下方。另选地，每个区段或每个区段内的各个LED组可包括其自身相关联的覆盖透镜。LED集合可为COB LED，其中直接接合了多个晶粒以实现最佳热耗散和无焊料制造。另选地，LED集合可由CSP LED或其他类型的LED形成。每个LED集合还可具有其自身的散热器框架，诸如将热量传输到灯具主体的散热器的金属包层衬底。
此外，如上文相对于图2所讨论，这些LED(或多个晶粒)可被子分组，以使得每个子组被接线以作为具有两个触点的一个电气设备操作，而不论晶粒或LED的数量如何。在图6的LED集合中，LED集合610中的LED子组可构成三个区段603a、603b和603c。如图6所示，每个子组具有其自身正极导电元件(604a、604b和604c)。这些子组可共用接地导电元件605。虽然图6中示出了三个区段(子组)，但可提供任何数量的区段。每个导电元件604a、604b和604c将被电连接到模块级导体中的一者(例如，图5的导体511a-511d)以选择性地接收如控制器所控制的电能。
在一个实施方案中，LED集合的区段603a、603b和603c(区段1、区段2和区段3)可被布置成同心环，这些同心环通过由有机硅或另一种非导电材料形成的隔板606a和606b隔开。LED集合的每个区段的形状和尺寸将表现出光的特定光束扩展，其中最内区段603a具有最窄光束扩展并且最外区段603c具有最宽光束扩展。还可使用一个或多个光学特性(诸如覆盖区段的透镜的一部分的焦距)和/或LED或晶粒的布置(被设计为产生从LED或晶粒发出的光的特定输出光束角并因此控制光束发散)来配置每个区段的光束扩展。
可由控制器控制LED集合所发射的光的光束扩展，该控制器受到控制以通过选择性地激活每个LED集合的LED区段来改变该设备所发射的光的光束扩展。选择性激活可为二进制的(即，接通或关断特定区段中的LED)或通过改变向每个区段输送的电流的电平来进行。在一个实施方案中，这些区段可同心地布置，但其他布置方式和配置也在本公开的范围内。
此外，来自两个或更多个区段的两个或更多个输出光束角可组合(通过相加和/或叠加来组合)以提供光束宽度和光束扩展的不同排列和组合以及变化的光强度。在一个实施方案中，每个区段的光束宽度不同，其中光束宽度从中心区段1处的最小宽度增加到周边区段3处的最宽宽度，但每个区段所发射的光的强度相同，因此每个区段的选择性激活将改变LED模块所发射的光的光束扩展，而不会在光束扩展改变时改变所发射的光的强度。另选地，可在光束扩展增加时通过同时激活每个LED集合的两个或更多个区段来增加所发射的光的强度。
例如，在图6的LED集合中，区段603a(区段1)可被配置为发射NEMA 1光束扩展(即，10°至18°)，区段603b(区段2)可被配置为输出NEMA 2光束扩展(即，18°至29°)，并且区段603c(区段3)可被配置为输出NEMA 3光束扩展(即，29°至46°)。从而，通过选择性地控制向这三个区段输送的驱动电流，可动态地调节该LED集合的总光束扩展以输送与NEAM 1、NEMA2、NEMA 3或它们的组合相对应的光束宽度的光。例如，如果区段1需要X mA的电流，区段2需要Y mA的电流，并且区段3需要Z mA的电流，则通过使区段1中的电流在0-X mA间变化，使区段2中的电流在0-Y mA间变化，并且使区段3中的电流在0-Z mA间变化，可控制从LED集合发射的光的光束图案。例如，如果向区段2和区段3输送0mA电流，则将实现光的NEMA 1光束图案。在另一个示例中，可向所有三个区段输送上述范围内的一些非零驱动电流以实现所需的光束图案。在一个实施方案中，如果该***接收命令以输出特定光束图案的光，则其可使用算法、参考存储在存储器中的查找表或使用其他合适的方法来确定要向每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的光束图案。该***可被编程为在初始化过程期间了解该信息，或可将该信息手动输入为数据文件，然后存储以便在照明***的操作期间使用。
虽然图5和图6示出了具有三个区段的LED集合，但不同数量的区段(每个区段具有特定输出光束图案)也在本公开的范围内。另外，虽然本公开示出了具有相同类型的LED集合的示例性照明设备，但本领域技术人员应当理解，照明设备可包括不同类型的LED集合，可单独地控制这些LED集合以提供光束图案的光。在一个实施方案中，可单独地控制LED模块或照明设备的不同LED集合，使得它们全都提供相同所需光束图案的光(使得来自LED模块和/或照明设备的光也具有总体所需的光束图案)。另选地和/或除此之外，可单独地控制照明设备的不同LED模块，使得它们提供不同光束图案的光，使得不同光束图案的组合提供来自照明设备的总体所需光束图案的光。在一个实施方案中，如果该***接收命令以发射指定光束图案的光，则其可使用算法、参考查找表或使用其他合适的方法来确定要向单独LED集合的每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的光束图案。另外，任何LED模块可包括该文件中所公开的LED集合类型的任何组合，诸如允许控制输出颜色和/或色温的一些LED集合类型、允许控制光束扩展的一些LED集合类型以及允许控制光束形状的一些LED集合类型。在一些实施方案中，可在执行照明设备的光束图案调谐以获得所需光束图案时保持恒定照度和/或色温。
在一些实施方案中，LED集合的各个区段(诸如图6所示)可具有特定光束扩展以及特定色温输出(或颜色发射范围)，使得LED集合的光束扩展和颜色或色温均可调谐。在此类实施方案中，多个LED或晶粒可被配置为表现出相同波长或不同光波长的光。例如，任何区段的光波长可选自200-410nm的紫外光、410-500nm的蓝光、500-570nm的绿光、570-580nm的黄光、580-590nm的琥珀光、590-650nm的红光、650-680nm的深红光以及680-960nm的红外光。每个LED集合可被配置为发射特定色温(例如2000K至7000K)的光。以不同颜色和/或色温发射光的每个区段的配置可使用如上文在图3的上下文中所讨论的荧光体涂层和/或其他设计来完成。如上所讨论，可通过使用每个区段中的LED的浓度和发射光谱和/或每个区段中的荧光体层的特性(诸如浓度和发射光谱)的各种排列和组合来控制色温输出。
例如，参见图6，区段1 603a可被配置为发射3000-4000K范围内的光，区段2 603b可被配置为发射6000-7000K范围内的光，并且区段3 603c可被配置为发射3000-4000K范围内的光。另选地，区段1 603a可被配置为发射6000-7000K范围内的光，区段2 603b可被配置为发射3000-4000K范围内的光，并且区段3 603b可被配置为发射6000-7000K范围内的光。其他色温范围和组合是可能的。从而，在一个实施方案中，可动态地操纵向各个区段输送的驱动电流以提供3000K-7000K范围内的可调节总色温，以及使用上文所讨论的原理来控制从LED集合输送的光的光束图案。区段1-3可被配置为发射不同颜色(例如，红-绿-蓝)的光。
其他控制方法是可能的。例如，该***可包括具有输入的用户界面，该输入使用户能够使用数字输入或可调节调谐器从可用选项集合或某范围内的任何值选择所需的输出光特性。图12A示出了电子表格形式的示例性用户界面，其中用户可选择任何数量的设置(诸如与特定场景相对应的坎德拉输出电平、光束宽度和/或DMX设置)，每个设置对应于总驱动电流的百分比向LED集合的每个区段的相对施加。图12B以图形格式示出了图12A的函数。在所示的示例中，每个LED集合包括三个区段，每个区段对于其每个相邻区段而言相对较冷或较暖(在色温值和/或流明输出每驱动电流量方面)。各种设置的选择将导致向每个LED集合的每个区段施加总电流的各个部分。该函数示于该曲线图中，其中Y轴表示每个LED区段对LED集合所输出的总流明贡献的百分比，并且X轴表示所得输出光的NEMA光束扩展值。控制器可通过改变向每个LED区段输送的总驱动电流的百分比来调节每个LED区段对所输出的总流明的百分比贡献。
如上所讨论，不同数量的区段(每个区段具有特定输出光束图案和色温(或颜色范围诸如RGBA))也在本公开的范围内。此外，照明设备和/或LED模块可包括单种类型的LED集合或单独受控的不同LED集合。
在本公开的另一个方面，公开了具有光束成形功能以动态地形成所需光束形状的照明设备。
图7示出了LED模块703，其包括使用光学和/或电气部件的光束成形功能(这些功能未在制造时固定)。
图7的LED模块710与图2的LED模块110类似之处在于其包括附接到衬底703的一个或多个LED集合702a-702h，并且被配置为配合在照明设备的外壳内。然而，在该实施方案中，LED模块700中所包括的LED集合提供光束成形功能，如下文相对于图8所讨论。
与图2的实施方案一样，在图7中，各种导体和/或电子设备及用于LED集合的透镜可安装在衬底上。例如，模块级导体集合711a-711d可(经由控制器)连接到照明设备的电源并接地。每个模块级导体可连接到用于每个LED集合的导电元件(下文所述)中的一者，以向每个LED集合中的LED区段中的一者选择性地输送电流。
也与图2的实施方案一样，在图7中，一个或多个控制电路(诸如控制卡)可定位在这些LED下方、与这些LED相邻或以其他方式邻近这些LED，以向每个LED集合提供电能。可由控制电路选择性地控制电能供应到的LED。控制电路可包括由诸如玻璃纤维的材料制成的支撑衬底、用于存储编程指令和/或所监测的数据和/或操作历史数据的非暂态计算机可读存储器、一个或多个处理器、FPGA、ASIC或其他集成电路结构、以及用于从外部发射器接收控制信号的接收器。
如示出图7所示类型的LED集合的展开视图的图8所示，LED集合800包括衬底801，其上LED组(未明确示出，但包含于每个区段803a-803d中)定位在公共透镜下方。LED集合可为COB LED，其中直接接合了多个晶粒以实现最佳热耗散和无焊料制造。另选地，LED集合可由CSD LED或其他类型的LED形成。每个LED集合还可具有其自身的散热器框架，诸如将热量传输到灯具主体的散热器的金属包层衬底。在一个实施方案中，多个LED晶粒可具有相同或不同光波长。例如，光波长可选自200-410nm的紫外光、410-500nm的蓝光、500-570nm的绿光、570-580nm的黄光、580-590nm的琥珀光、590-650nm的红光、650-680nm的深红光以及680-960nm的红外光。LED集合被配置为发射一个或多个特定色温(例如2000K至7000K)的光。
此外，与上文所讨论的其他实施方案一样，在该LED集合中，这些LED(或多个晶粒)被子分组成区段，以使得每个区段被接线以作为具有两个触点的一个电气设备操作，而不论该区段内的晶粒或LED的数量如何。在图8的LED集合中，LED集合800中的LED子组构成四个区段803a-803d。这些区段可任选地通过由有机硅或任何其他合适的非导电材料制成的非导电隔板806a-806d隔开。每个区段具有其自身正极导电元件(804a-804d)，该正极导电元件连接到模块级导体(例如，图7的导体711a-711d)中的一者。这些子组可共用接地导电元件805。附加数量和配置的区段是可能的。
在一个实施方案中，LED集合的区段803a-803d(区段1、区段2、区段3和区段4)被定位为形成象限，因此可被配置为使得每个区段的LED沿所需方向提供光。可使用一个或多个光学特性(诸如覆盖区段的透镜的一部分的焦距)、每个区段中的LED和/或荧光体的配置等(被设计为产生所需的输出光发射角)来配置每个区段所提供的光的方向。在图8所示的实施方案中，这些区段被布置为圆形LED集合的四个均匀象限。本领域技术人员应当理解，这些区段和/或LED集合的其他均匀或非均匀形状也在本公开的范围内，并且可被设计为沿预定方向输出光。
在一个实施方案中，LED集合的两个或更多个区段所提供的光的方向可按不同排列或组合来组合，以配置LED集合所提供的光束的总体形状。在一个实施方案中，可通过在保持恒定总照度和色温的同时控制向LED集合的每个区段中的晶粒输送的驱动电流来控制从LED集合提供的光的光束形状。
例如，在图8的LED集合中，每个区段，即区段803a(区段1)、区段803b(区段2)、区段803c(区段3)和区段803d(区段4)可被配置为沿径向向外方向输出光。从而，通过控制向四个区段输送的驱动电流，可动态地调节从LED集合输出的光的总体光束形状。例如，如果区段1需要W mA的电流，区段2需要X mA的电流，区段3需要Y mA的电流，并且区段4需要Z mA的电流，则通过使区段1中的电流在0-W mA间变化，使区段2中的电流在0-X mA间变化，使区段3中的电流在0-Y mA间变化，并且使区段4中的电流在0-Z mA间变化，可控制从LED集合输出的光的光束形状，同时保持恒定照度水平。LED集合的每个区段可在其相应最大驱动电流下提供相等光强度。
通过控制流向图8的LED集合的各个区段的驱动电流而获得的不同光束形状的示例性照明分布示于图9中。在图9中，图像951示出了通过将最大电流(或提供相等强度的驱动电流)提供给区段1和3(即，将W mA提供给区段1并将Y mA提供给区段3)并且将小于最大驱动电流提供给区段2(<X mA)和区段4(<Z mA)而获得的光束形状的照明分布。图像952示出了通过将驱动电流提供给每个区段而获得的光束形状的照明分布，使得这些区段输出相等强度的光，从而提供均匀照明分布。图像953示出了光束形状，其中上扇区和下扇区以0.75x强度驱动，而右扇区和左扇区以0.25x强度驱动。
在一个实施方案中，如果该***接收命令以发射指定光束形状的光，则其可使用算法、参考查找表或使用其他合适的方法来确定要向每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的光束形状。该***可对芯片执行诊断以在初始化过程期间了解该信息，或可将该信息手动输入为数据文件，然后存储以便在照明***的操作期间使用。
虽然图7和图8示出了具有四个区段的LED集合，但具有不同数量的区段(诸如2、3、5或6个区段)的LED集合也在本公开的范围内。虽然本公开示出了具有单种类型的LED集合的示例性LED模块810，但本领域技术人员应当理解，照明设备或该设备内的LED模块可包括不同类型的LED集合，可单独地控制这些LED集合以提供所需光束形状的光。在一个实施方案中，可单独地控制照明设备的不同LED集合，使得它们全都沿单一方向(诸如径向向外)提供光。另选地和/或除此之外，可单独地控制照明设备的不同LED集合，使得它们沿不同方向提供光，使得不同方向的组合提供来自照明设备的总体所需光束形状的光。可由控制器控制光束形状，该控制器受到控制以通过选择性地激活定位在每个区段下方的LED来改变该设备所发射的光的光束扩展。选择性激活可为二进制的(即，接通或关断特定区段中的LED)或通过改变向每个区段输送的电流的电平来进行。在一个实施方案中，如果该***接收命令以发射指定光束形状的光，则其可使用算法、参考查找表或使用其他合适的方法来确定要向单独LED集合的每个区段施加什么驱动电流才能实现所需的光束形状。应当注意，在执行照明设备的光束成形以获得所需光束图案时保持恒定照度和/或色温。
与其他实施方案一样，每个区段803a-803d可被配置为输出相同颜色和色温的光，或不同区段可使用荧光体涂层或其他结构来输出具有各种不同颜色、色温或其他特性的光。
如上所讨论，可通过使用每个区段中的晶粒的浓度和发射光谱和/或每个区段中的荧光体层的特性(诸如浓度和发射光谱)的各种排列和组合来控制色温输出。例如，区段1803a和区段2 803b可被配置为发射6000-7000K范围内的光，并且区段3 803c和区段4 803d可被配置为发射3000-4000K范围内的光。另选地，区段1 803a和区段2 803b可被配置为发射3000-4000K范围内的光，并且区段3 803c和区段4 803d可被配置为发射6000-7000K范围内的光。从而，在一个实施方案中，可动态地操纵向这三个区段输送的驱动电流以在3000K-7000K范围内调节色温，以及(使用上文所讨论的原理)控制从LED集合输送的光的光束形状。
如上所讨论，不同数量的区段(每个区段具有特定输出光束形状和色温(或颜色范围诸如RGBA)，诸如2、3、4、5或6个区段)也在本公开的范围内。此外，照明设备可包括单种类型的LED集合或不同类型的单独受控的LED集合。
因此，具有如图5至图8所示的LED集合的LED模块可被配置为使用上文所讨论的原理来提供色温调谐、光束图案调谐、光束成形或它们的组合的功能。
在一个实施方案中，上文所讨论的一个或多个照明设备可包括一个或多个内部传感器，和/或可与一个或多个外部传感器通信。传感器的示例可包括但不限于光强度传感器、显色指数(CRI)传感器、Duv传感器、色温传感器、温度传感器等。在一个实施方案中，照明设备的控制电路可操作以便为LED集合的每个区段提供适当的驱动电流，从而响应于传感器所收集的反馈而产生所需色温、光束图案和/或光束形状的光。
在一个实施方案中，取向传感器(诸如加速度计和/或陀螺仪)可包括在上文所讨论的照明设备中和/或可与上文所讨论的照明设备通信。照明设备可操作以便为LED集合的每个区段提供适当的驱动电流，从而响应于取向传感器所收集的反馈而产生所需色温、光束图案和/或光束形状的光。例如，照明设备可为LED集合的每个区段提供适当的驱动电流，以便使用上文所讨论的原理补偿因照明设备的取向的变化而引起的光束形状、光束宽度和/或色温的变化，从而在该环境的某点处保持所需的光束形状、光束宽度和/或色温。
在一个实施方案中，控制电路可通过脉宽调制(PWM)来控制LED集合，其中来自处理器的振荡输出通过施加脉冲电压来反复接通和关断LED集合上的晶粒。每个脉冲具有恒定电压电平，并且控制电路改变每个脉冲的宽度和/或每个脉冲之间的间距。当脉冲有效时，这些晶粒可接通，并且当脉冲无效时，这些晶粒可关断。如果“接通”状态的占空比为50％，则这些晶粒可在控制脉冲的整个循环的50％期间接通。这些脉冲被快速输送，以使得人眼不会检测到频闪效应—每秒至少24个脉冲。控制卡可通过以下方式使光变暗：减小占空比—并有效地延长每个“接通”脉冲之间的时间周期-因此这些晶粒断开的时间多于接通的时间。另选地，控制卡可通过增加占空比来增加晶粒的亮度。
在另一个实施方案中，上文所讨论的LED集合可包括光学部件，以便提供用于反射、准直和进一步混合LED光的全内反射(TIR)光学器件。
图10描绘了内部硬件的示例，该内部硬件可用于包含或实现如上所讨论的各种过程和***，并且可用作照明设备的内部或外部控制器。电总线1000用作使硬件的其他所示部件互连的信息高速公路。计算设备将包括一个或多个处理器。CPU 1005是***的中央处理单元，其执行程序执行所需的计算和逻辑运算。单独的或与图10所公开的一个或多个其他元件相结合的CPU 1005是处理设备、计算设备或处理器，此时这些术语在本公开内使用。如本文件中所用，术语“处理器”和“处理设备”可包括单个处理器或共同执行过程的各个步骤的一组处理器。只读存储器(ROM)1010和随机存取存储器(RAM)1015构成存储器设备的示例。如本文件中所用，术语“计算机可读介质”、“存储器”或“存储器设备”可互换使用，并且可包括单个存储器设备、一组存储器设备或这种设备的扇区或其他细分。
存储器控制器1020与一个或多个任选的存储器设备1025交接，这些存储器设备用作通向***总线1000的数据存储设施。这些存储器设备1025可包括例如外部DVD驱动器或CD ROM驱动器、硬盘驱动器、闪存存储器、USB驱动器、分布式存储介质(诸如基于云的架构)、或用作数据存储设施的另一种类型设备。如此前所指示，这些各种驱动器和控制器是任选的设备。另外，存储器设备1025可被配置为包括用于存储任何软件模块或指令、辅助数据、事件数据的单独文件，用于存储列联表和/或回归模型组的通用文件，或用于存储如上所讨论的信息的一个或多个数据库。
用于执行与如上所讨论的过程相关联的任何功能步骤的编程指令、软件或交互模块可存储在ROM 1010和/或RAM 1015中。任选地，编程指令可存储在有形计算机可读介质诸如压缩盘、数字盘、闪存存储器、存储器卡、USB驱动器、光盘存储介质、ASIC或FPGA、分布式存储介质(诸如基于云的架构)和/或其他记录介质上。照明设备可为***的一部分，其中存储编程指令的存储器与照明设备集成在一起，或存储编程指令的存储器可在该设备的外部(诸如在远程服务器中)，并且照明设备可经由有线或无线通信网络来访问这些指令。
如果该***包括视听输出1045(诸如显示器或扬声器)，则A/V接口1040可允许信息以音频、可视化、图形或字母数字格式显示在显示器上或经由扬声器输出。可使用各种通信端口1050进行与外部设备的通信。通信端口1050可包括用于接收电缆(诸如以太网电缆)的插座和/或无线发射器/接收器，并且其可通信地附接到通信网络，诸如互联网、局域网或蜂窝电话数据网络。
硬件还可包括接口1045，该接口允许从输入设备诸如键盘1060或其他输入设备1065如遥控、指向设备、触摸屏显示器、视频输入设备和/或音频输入设备接收数据。该接口可为例如具有输入设备的屏幕(用户可通过该输入设备从各种场景或光特性设置中选择，或者具体地选择输出光的特定特性)，诸如图11和图12A所示的接口。
上述特征和功能以及替代方案可被组合成许多其他***或应用。本领域技术人员可以作出各种当前未预见或未预料的替代方案、修改形式、变型形式或改进形式，这些替代方案、修改形式、变型形式或改进形式中的每一者也旨在由所公开的实施方案涵盖。

Claims (15)

1.一种用于照明设备的发光二极管(LED)模块，包括：
衬底；
多个模块级导体；和
多个LED集合，每个LED集合包括：
第一区段，所述第一区段包括第一组LED，
第二区段，所述第二区段包括第二组LED，
第一导电元件，所述第一导电元件将所述第一区段电连接到所述模块级导体中的第一者，和
第二导电元件，所述第二导电元件将所述第二区段电连接到所述模块级导体中的第二者。
2.根据权利要求1所述的LED模块，其中：
所述第一区段被成形为发射光，所述光的光束扩展窄于所述第二区段所发射的光的光束扩展；以及
能够通过从所述第一导电元件和所述第二导电元件的电流供应来选择性地控制所述第一区段和所述第二区段，以使得：
当所述第一导电元件通电时，所述LED模块将发射具有相对较窄的光束扩展的光，并且
当所述第二导电元件通电时，所述LED模块将发射具有相对较宽的光束扩展的光。
3.根据权利要求1所述的LED模块，其中：
能够通过从所述第一导电元件和所述第二导电元件的电流供应来选择性地控制所述第一区段和所述第二区段，以使得：
当所述第一导电元件通电时，所述LED模块将发射具有第一形状的光，
当所述第二导电元件通电时，所述LED模块将发射具有第二形状的光，并且
当所述第一导电元件和所述第二导电元件两者均通电时，
所述LED模块将发射具有第三形状的光。
4.根据权利要求1所述的LED模块，其中所述第一区段涂布有第一荧光体涂层，并且所述第二区段涂布有第二荧光体涂层，以便为每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段提供不同颜色或不同色温。
5.根据权利要求1所述的LED模块，其中每个LED集合还包括光学透镜，所述光学透镜被配置为覆盖所述第一区段和所述第二区段。
6.根据权利要求1所述的LED模块，其中每个LED集合还包括一个或多个非导电隔板，所述一个或多个非导电隔板被定位成隔开所述第一区段和所述第二区段。
7.一种照明设备，包括：
外壳；和
根据权利要求1所述的一个或多个LED模块。
8.根据权利要求7所述的照明设备，其中：
每个LED集合的所述第一区段被成形为发射光，所述光的光束扩展窄于每个LED集合的所述第二区段所发射的光的光束扩展；以及
能够通过从每个LED集合的所述第一导电元件和所述第二导电元件的电流供应来选择性地控制每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段，以使得：
当所述第一导电元件通电时，所述LED模块将发射具有相对较窄的光束扩展的光，并且
当所述第二导电元件通电时，所述LED模块将发射具有相对较宽的光束扩展的光。
9.根据权利要求7所述的照明设备，其中：
能够通过从每个LED集合的所述第一导电元件和所述第二导电元件的电流供应来选择性地控制每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段，以使得：
当所述第一导电元件通电时，所述LED模块将发射具有第一形状的光，
当所述第二导电元件通电时，所述LED模块将发射具有第二形状的光，并且
当每个LED集合的所述第一导电元件和所述第二导电元件两者均通电时，所述LED模块将发射具有第三形状的光。
10.根据权利要求7所述的照明设备，还包括：
电源；和
控制器，所述控制器被配置为将电流从所述电源选择性地引导到所述模块级导体，以选择性地驱动每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段。
11.根据权利要求7所述的照明设备，其中所述照明设备是存储编程指令的***的一部分，所述编程指令被配置为致使所述控制器通过选择性地控制向每个LED集合的所述第一导电元件和所述第二导电元件的电流供应来选择性地控制每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段。
12.根据权利要求11所述的照明设备，其中所述控制器包括编程指令，
所述编程指令被配置为致使所述控制器通过选择向所述第一模块级导体和所述第二模块级导体供应的所述电流的值来进一步选择所述LED模块所发射的光的形状。
13.一种控制照明设备所发射的光的光束扩展或形状的方法，所述方法包括：
操作具有LED模块的照明设备，所述LED模块包括多个模块级导体和多个LED集合，其中每个LED集合包括：
第一区段，所述第一区段包括第一组LED，
第二区段，所述第二区段包括第二组LED，
第一导电元件，所述第一导电元件将所述第一区段电连接到所述模块级导体中的第一者，和
第二导电元件，所述第二导电元件将所述第二区段电连接到所述模块级导体中的第二者；以及
由控制器通过选择性地控制向所述第一模块级导体和所述第二模块级导体的电流供应并因此选择性地控制每个LED集合的所述第一区段和所述第二区段来控制所述LED模块所发射的光的光束扩展或形状。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括由所述控制器执行以下操作：
如果所述控制器接收命令以致使所述LED模块发射具有相对较窄的光束扩展或第一形状的光，则将电流引导到所述第一模块级导体；以及
如果所述控制器接收命令以致使所述LED模块发射具有相对较宽的光束扩展或第二形状的光，则将电流引导到所述第二模块级导体。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括由所述控制器执行以下操作：
如果所述控制器接收命令以致使所述LED模块发射具有第三形状的光，则：
为所述第一模块级导体选择第一电流电平，并且将所述第一电流电平下的电流引导到所述第一模块级导体；以及
为所述第二导电元件选择第二电流电平，并且将所述第二电流电平下的电流引导到所述第二模块级导体。
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